布有呈相互交错式排列的椭圆形凹槽，椭圆形凹槽的长轴a为3mm，短轴b为2mm，任意位置上的深度h均为0.5mm ;两相邻椭圆形凹槽的周向夹角α为15°，轴向距离s为4mm。
[0026]参见图5、图6，图5为具有光滑内表面排气管的壁面剪切应力的仿真结果图，图6所示为具有椭圆形凹槽内表面排气管的壁面剪切应力的仿真结果图。图5中的排气管和图6中的排气管，除了内壁处具有光滑表面和仿生非光滑表面的结构不同之外，其余参数相同。
[0027]将图5和图6进行对比，椭圆形凹槽附近的壁面剪切应力比光滑壁面剪切应力有大幅度降低，在椭圆形凹槽底部表现尤为明显。剪切应力小，则粘性小，即排气管内的气流阻力小。
[0028]通过计算可以得到，排气管内壁上的平均剪应力/Pa能够达到10.98，椭圆形凹槽底部平均剪应力/Pa能够达到3.74，整个排气管内壁上的减阻率能够达到55.20%。
[0029]实施例2:
[0030]参见图l、3a、3b、4，本发明的具有椭圆形凹槽内表面的仿生减阻排气管，其内壁上分布有呈相互交错式排列的椭圆形凹槽，椭圆形凹槽的长轴a为9mm，短轴b为6mm，任意位置上的深度h均为Imm ;两相邻椭圆形凹槽的周向夹角α为30°，轴向距离s为1mm0
[0031]参见图5、图7，图5为具有光滑表面排气管的壁面剪切应力的仿真结果图，图7所示为具有椭圆形凹槽内表面排气管的壁面剪切应力的仿真结果图。图5中的排气管和图7中的排气管，除了内壁处具有光滑表面和仿生非光滑表面的结构不同之外，其余参数相同。
[0032]将图5和图7进行对比，椭圆形凹槽附近的壁面剪切应力比光滑壁面剪切应力有大幅度降低，在椭圆形凹槽底部表现尤为明显。剪切应力小，则粘性小，即排气管内的气流阻力小。
[0033]通过计算可以得到，排气管内壁上的平均剪应力/Pa能够达到10.10，椭圆形凹槽底部平均剪应力/Pa能够达到3.16，整个排气管内壁上的减阻率能够达到58.83%。
[0034]实施例3:
[0035]参见图l、3a、3b、4，本发明的具有椭圆形凹槽内表面的仿生减阻排气管，其内壁上分布有呈相互交错式排列的椭圆形凹槽，椭圆形凹槽的长轴a为15mm，短轴b为10mm，任意位置上的深度h均为1.5mm ;两相邻椭圆形凹槽的周向夹角α为60°，轴向距离s为22mm。
[0036]参见图5、图8，图5为具有光滑表面排气管的壁面剪切应力的仿真结果图，图8所示为具有椭圆形凹槽内表面排气管的壁面剪切应力的仿真结果图。图5中的排气管和图8中的排气管，除了内壁处具有光滑表面和仿生非光滑表面的结构不同之外，其余参数相同。
[0037]将图5和图8进行对比，椭圆凹槽附近的壁面剪切应力比光滑壁面剪切应力有大幅度降低，在椭圆底部表现尤为明显。剪切应力小，则粘性小，即排气管内的气流阻力小。
[0038]通过计算可以得到，排气管内壁上的平均剪应力/Pa能够达到18.24，椭圆形凹槽底部平均剪应力/Pa能够达到6.37，整个排气管内壁上的减阻率能够达到25.62%。
[0039]上述实施例仿生非光滑内表面排气管的减阻性能仿真分析是利用FLUENT软件完成的。仿真过程中，排气道的流场运动采用RNG k — ε湍流模型和增强壁面函数来描述。分析时认为流场稳定，流体为低速不可压缩流。定常流动，均匀来流，各参数不随时间变化。
不涉及传热问题，流场视为等温。边界条件:入口---采用速度入口条件；出口---采用压力出口条件；壁面边界条件:固体壁面上采用无滑移条件。
[0040]排气管的内壁采用仿生非光滑结构，能很好地减小排气道内空气流动的阻力。本发明通过大量实验，先后对具有球坑形、月牙形、棱纹形、波浪形椭圆形等内表面的排气管进行检测分析，最终提炼出具有最佳效果的椭圆形凹槽仿生内表面的排气管。具有椭圆形凹槽仿生内表面的排气管内壁上的平均剪应力/Pa能够达到10.10?18.24，椭圆形凹槽底部平均剪应力/Pa能够达到3.16?6.37，整个排气管内壁上的减阻率能够达到25.62%?58.83%。而具有球坑形、月牙形、棱纹形、波浪形凹槽仿生内表面的排气管内壁上的平均剪应力/Pa分别仅能够达到20.86,24.46,22.63,24.49，凹槽底部平均剪应力/Pa分别仅能够达到8.73、11.19,9.35、11.26，整个排气管内壁上的减阻率分别能够达到14.95%,0.24%、7.72%、0.15%。
[0041]可见，布置椭圆形凹槽仿生非光滑表面后，排气管的壁面阻力较小，说明本发明提出的仿生非光滑排气管具有良好的减阻特性。说明这些结构可以有效地提高发动机的排放效率。综上所述，本发明实施例的排气管的内壁采用椭圆形凹槽仿生非光滑结构，能很好地减小排气道内空气流动的阻力，进而可以降低残余废气系数，减少栗气损失，提高指示功率和排放效率。
【主权项】
1.一种具有椭圆形凹槽内表面的仿生减阻排气管，其特征在于所述排气管内壁上分布有椭圆形凹槽，椭圆形凹槽的长轴a为3mm-15mm，短轴b为2mm-10mm，椭圆形凹槽的深度h为0.5mm-l.5mm，两相邻椭圆形凹槽的周向夹角α为15。-60。，轴向距离s为4mm-22mm。2.根据权利要求1所述的具有椭圆形凹槽内表面的仿生减阻排气管，其特征在于所述椭圆形凹槽呈相互交错式排列。3.根据权利要求1所述的具有椭圆形凹槽内表面的仿生减阻排气管，其特征在于所述椭圆形凹槽的长轴沿横向分布，短轴沿纵向分布。4.根据权利要求1所述的具有椭圆形凹槽内表面的仿生减阻排气管，其特征在于所述椭圆形凹槽在任意位置上的深度均等。5.根据权利要求1所述的具有椭圆形凹槽内表面的仿生减阻排气管，其特征在于所述椭圆形凹槽长轴与短轴的比值为a/b = 3/2ο
【专利摘要】本发明涉及一种具有椭圆形凹槽内表面的仿生减阻排气管，该排气管内壁上分布有椭圆形凹槽，椭圆形凹槽的长轴a为3mm-15mm，短轴b为2mm-10mm，椭圆形凹槽的深度h为0.5mm-1.5mm，两相邻椭圆形凹槽的周向夹角α为15°-60°，轴向距离s为4mm-22mm。本发明利用椭圆形凹槽自身结构改变流体在接触表面的流动场，达到减小排气系统内空气的流动阻力的效果，能够降低残余废气系数，减少泵气损失，使得发动机的指示功率和排放效率大大提高，从而达到节能减阻、绿色环保的目的。
【IPC分类】F01N13/08
【公开号】CN105332778
【申请号】CN201510882259
【发明人】周宏 , 薄海峰, 李慧, 周倜, 张鹏, 许浩然, 秦其富, 隋琦, 庞作波, 陈志凯, 杨皖实, 张海峰
【申请人】吉林大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年12月5日